[发明专利]包含聚酰亚胺膜和电极的组合件以及与它们相关的方法

说明书

发明领域

本公开一般涉及包含电极和聚酰亚胺膜的组合件。更具体地讲，所述聚酰亚胺膜包含亚微米级填料，并且聚酰亚胺聚合物具有杂交体主链结构。

发明背景

为了解决对于替代能源的不断增长的需求，当前强烈专注发展轻型、有效的光伏体系(如，光伏电池和光伏组件)。总的来说，光伏电池通常包含将光能转化成电能的半导体连接装置。典型的光伏电池可被描述为具有如下四个主层的层状结构：(1)吸收器-发生器(2)收集器-转换器(3)透明的电触头，以及(4)不透明的电触头。当光线与吸收器-发生器接触时，该装置在两个触点之间产生电压差，其一般随着光强度的增加而增加。

吸收器-发生器(光吸收层)通常为半导体材料层，其吸收可见光子，并因此生成少数载流子。通常，光吸收层捕集光子并发射电子，从而产生成对的带负电的载体(电子)和带正电的载体(“空穴”)。如果光吸收层为p型半导体，则电子为少数载流子；如果其为n型，则空穴为少数载流子。少数载流子易于在吸收器中消失(通过与大量的多数载流子重组)，因此少数载流子必须及时地传送到接触吸收层的收集器-转换器层(“收集器”)，其中少数载流子一旦进入收集层，则变成多数载流子，并因此可用来为电路供电。换句话讲，收集层“收集”来自吸收器的少数载流子并将其“转化”成多数载流子。如果所述收集器为相同半导体的反向掺杂的区域作为所述光吸收层，那么所述光伏器件为p-n结或同质结装置。如果所述收集器包括不同的半导体，则所述装置为异质结；并且如果所述收集器为金属，则所述装置为肖特基结。

透明触点为允许光线穿过而到达吸收器的导电触点。其通常为连续的透明导电材料片或不透明导电材料的开放栅格。如果透明触点位于光伏器件的与吸收器相同的一侧，则所述器件被称作具有前壁构型。如果透明触点位于相对的侧上，则所述器件被称为具有后壁构型。

在二十世纪五十年代硅结点技术的出现已允许高成本、高转换效率硅结光伏电池的研发。此类器件的阵列已相当成功地用于航天计划中。然而，此类器件作为发电器的成本相对于常规发电会非常高。高成本的主要部分是在具有足够纯度的硅晶体制备中并且还由于制造此类电池的间歇方法的低效率。

薄膜光伏电池拥有许多优于结晶硅(晶片基)电池的潜在优点。使用薄膜的光伏电池(的材料，如：i.硫化铜、硫化铜锌锡(CZTS)、铜铟/镓二硒化物或二硫化物(CIGS)等等作为吸收器；和ii.硫化镉或等作为转化器)对于可供选择的硅结晶基的太阳能电池可能是低成本的。

对于CIGS体系，一般应用高温沉积/退火步骤以改善光吸收层的性能。所述退火步骤通常在制造期间实施，并通常应用于包含基板、底部电极和所述CIGS光吸收层的组合件。所述基板在不同退火温度下需要热稳定性和尺寸稳定性，因此常规的基板通常已包括金属或陶瓷(常规的聚合材料趋于缺乏有效的热稳定性和尺寸稳定性，尤其是在峰值退火温度下)。然而，陶瓷例如玻璃缺乏柔韧性并可能很重、体积大且易破损。金属较不可能具有此类缺点，但金属趋于导电，这也趋于是个缺点，如抑制CIGS光伏电池整体式集成。

因此在工业上，人们对于能够降低总成本、改善性能、降低重量、增加粗度和简化制造的聚合物基底的兴趣日益增加。因此需要以适于大规模制造的低成本连续方法用于可靠的薄膜太阳能电池。

发明概述

本公开的组合件包含聚酰亚胺膜和由所述聚酰亚胺膜支撑的电极。所述聚酰亚胺膜包含亚微米级填料和聚酰亚胺。所述聚酰亚胺衍生自：

i)至少一种芳族二酸酐组分，所述芳族二酸酐组分选自刚棒二酸酐、非刚棒二酸酐以及它们的组合，和

ii)至少一种芳族二胺组分，所述芳族二胺组分选自刚棒二胺、非刚棒二胺以及它们的组合。

基于所述聚酰亚胺的总二酸酐组分和总二胺组分计，二酸酐与二胺的摩尔比为48-52∶52-48，并且X∶Y的比率为20-80∶80-20，其中X为刚棒二酸酐和刚棒二胺的摩尔百分比，并且Y为非刚棒二酸酐和非刚棒二胺的摩尔百分比。

亚微米级填料在至少一个尺寸上小于550纳米(作为数字平均)，具有大于3∶1的长宽比，在所有尺寸上小于所述聚酰亚胺膜厚度，并以聚酰亚胺膜10体积％至45体积％的量存在。所述聚酰亚胺膜具有5微米至150微米的厚度。

附图简述

图1为加工在聚酰亚胺膜上的根据本公开构造的薄膜太阳能电池的截面图。

发明详述